Semplice analisi di change - detection sulle aree edificate per mezzo di immagini Landsat - TM.

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1 Amministrazione Provinciale di Piacenza Area Programmazione territoriale Infrastrutture - Ambiente Ufficio di Staff Supporto alla Pianificazione e alla Progettazione Via Garibaldi, PIACENZA Semplice analisi di change - detection sulle aree edificate per mezzo di immagini Landsat - TM. P. Lega Rapporto interno n. 115/00 Dicembre 2000 Premessa. Lo studio delle dinamiche evolutive (change detection) del territorio riveste una notevole importanza per la valutazione dell uso e del consumo delle risorse disponibili, per la stima dell impatto delle attività antropiche sull ambiente, per la valutazione delle tendenze alla espansione o alla contrazione degli agglomerati edificati, per la pianificazione degli insediamenti. In passato l analisi dei cambiamenti verificatisi nel corso degli anni veniva svolta con l aiuto delle carte dell uso reale del suolo e delle periodiche riprese aerofotografiche del territorio; oggi la disponibilità delle immagini ottiche satellitari, a risoluzione geometrica inferiore di quella delle riprese aerofotografiche ma assai più frequenti, più economiche e più ricche di informazione spettrale, rende possibile l analisi dei cambiamenti a scala di minore dettaglio ma con procedure al computer assolutamente più semplici e veloci. L analisi presentata in questo studio è appunto relativa alla possibile stima dei cambiamenti intervenuti negli ultimi 3 anni nell estensione delle aree edificate di tipo artigianale attorno ai principali centri urbani della pianura piacentina, tramite l utilizzo di tre immagini multispettrali del satellite Landsat5; il buon risultato dell indagine fa concludere che l analisi possa essere estesa a periodi di tempo più lunghi, relativamente alla disponibilità di questa tipologia di immagini satellitari, giungendo a coprire l arco degli anni 80 e 90. Materiali e metodi. L indagine è stata finalizzata a verificare l espansione della superficie edificata di tipo artigianale nel corso degli ultimi tre anni nei centri di maggiori dimensioni del territorio di pianura della provincia; la capacità di individuazione di superfici di nuova edificazione è fortemente condizionata dalla risoluzione geometrica delle immagini utilizzate: utilizzando le immagini multispettrali Landsat5-TM si dispone di pixel di 30 m. di lato, che pertanto riducono a questo limite. la dimensione minima degli oggetti visibili; oggetti singoli di dimensioni inferiori possono essere tuttavia eccezionalmente individuati, se sono caratterizzati da un forte contrasto rispetto e:\testi\rappint\00_115.doc 1

2 all ambiente circostante, in modo da differenziare significativamente il pixel in cui ricadono. Va poi aggiunto che a causa della non coincidenza delle riprese successive e degli errori di rettificazione delle immagini (nell ordine di 1 pixel), la superficie minima individuabile dalla sovrapposizione di più immagini sale a 2x2 3x3 pixel, e quindi ha una dimensione lineare di m: si tratta quindi non di singoli edifici, case, ecc., ma di interi lotti o di capannoni artigianali di una certa entità. Naturalmente la disponibilità di immagini multispettrali ad alta risoluzione potrà ridurre sensibilmente questo limite. Per questa semplice e breve analisi sono state utilizzate 3 immagini primaverili Landsat5-TM, acquisite come quarto di scena floating centrato sulla provincia di Piacenza e appartenente alla scena 193/29, riprese nelle seguenti date: 21 Aprile Aprile Marzo 1999 Come già detto, la risoluzione geometrica al suolo di queste immagini è di 30 m.; la loro risoluzione spettrale è di 7 bande, delle quali 3 nel visibile, 3 nell infrarosso vicino e medio, 1 nell infrarosso termico. Le immagini sono state georeferenziate e rettificate utilizzando circa 50 punti di controllo a terra (GCP) desunti dalla CTR 1:10000 e 1:5000, ottenendo un errore medio globale nell ordine di 1 pixel. Per evidenziare le aree edificate si è utilizzata la banda 1 (blu) di ogni immagine, di cui si è opportunamente stirato (stretching) l istogramma di frequenze per rendere meglio visibili i particolari; nella banda 1 i tetti (in particolare le coperture in cemento, eternit e simili e quelle in lamiera, quindi i tetti dei capannoni industriali) hanno una riflettività più alta degli altri oggetti presenti e pertanto risaltano maggiormente; minore è invece l evidenza delle coperture degli edifici residenziali (coppi, tegole, ecc.), che tendono ad avere una risposta simile al terreno nudo. Un esempio di firme spettrali delle principali classi di copertura presenti nell immagine del è riportato nella fig. 1, dove si nota come i tetti industriali (grafico azzurro) nella banda 1 hanno una riflettività nettamente superiore alle altre classi, mentre le coperture residenziali (violetto) tendono a confondersi con la vegetazione (giallo) e il terreno (nero). Fig. 1 Firme spettrali (valori medi di riflettività per banda) delle principali classi presenti al : tetti industriali (azzurro), tetti residenziali (nero), terreno (violetto), vegetazione (giallo). Con le bande 1 alle 3 date è stata realizzata una composizione RGB, mettendo rispettivamente sui 3 colori le date: Rosso: Verde: Blu: In questo modo le aree che presentano un elevato valore di riflettanza (tetti) nel 99 e un basso valore (terreno, vegetazione) nel 96 e nel 97 nella composizione RGB appaiono in rosso; le aree che presentano un elevato valore di riflettanza (tetti) nel 99 e nel 97 e un basso valore nel 96 (terreno, e:\testi\rappint\00_115.doc 2

3 vegetazione) appaiono in giallo: saranno dunque in rosso le strutture che sono comparse per la prima volta nel e in giallo quelle comparse nel 97. In colore chiaro (bianco) sono infine le strutture presenti (alta riflettività) a tutte e tre le date. Risultati. Nelle fig. 2-5 si sono riportati alcuni esempi delle informazioni ricavabili dalla composizione RGB citata: gli esempi riguardano essenzialmente insediamenti artigianali o industriali di una certa dimensione, e cioè apparentemente superiori a 2 pixel lineari (60 m.). In fig. 2 è evidenziato un particolare della zona artigianale di Pontenure in posizione Sud alla Via Emilia Parmense; sono stati correttamente individuati i nuovi stabilimenti Boeri Ferrari (precedenti) e Torrefazione Musetti (più recente e più ampio). In fig. 3 è evidenziato un particolare della zona industriale di Piacenza in località Le Mose, lungo la Via Caorsana; viene correttamente individuato il nuovo stabilimento del Deposito - Magazzino Ikea, di notevoli dimensioni. In fig. 4 è evidenziato un particolare della zona artigianale di Piacenza in località Montale, a Nord della Via Emilia Parmense; si notano un ampliamento dello stabilimento Samu (precedente) e più a Nord il nuovo Stabilimento Executive (più recente). In fig. 5 è evidenziato un particolare della zona artigianale di Caorso, nei pressi dell ingresso alla A21; si nota il nuovo stabilimento Sanicell ad Est rispetto al grande insediamento Unical. Complessivamente dunque questa semplicissima metodologia consente di evidenziare i nuovi insediamenti (in questo caso di tipo produttivo) di una certa dimensione (indicativamente al di sopra dei 50 m. lineari) in un solo passo sull intero territorio provinciale, anche a distanza di tempo di un solo anno; il procedimento può pertanto essere di grande utilità nel monitorare le dinamiche insediative attorno ai centri urbani nel corso del tempo e i conseguenti cambiamenti nel tipo di occupazione del territorio. e:\testi\rappint\00_115.doc 3

4 Nuovo stabilimento Torrefazione MUSETTI Nuovi capannoni BOERI - FERRARI Fig. 2 Pontenure, zona artigianale Via Emilia Est. Nuovi capannoni insediati negli ultimi 3 anni e:\testi\rappint\00_115.doc 4

5 Nuovo Stabilimento DEPOSITO IKEA Fig. 3 Piacenza, Zona industriale di Le Mose. Nuovo insediamento del Deposito IKEA. e:\testi\rappint\00_115.doc 5

6 Nuovo Stabilimento EXECUTIVE Secondo Capannone SAMU Fig. 4 Piacenza, Zona Artigianale Montale. Nuovi insediamenti Executive e Samu. e:\testi\rappint\00_115.doc 6

7 Nuovo Stabilimento SANICELL Vecchio Stabilimento UNICAL Fig. 5 Caorso, Zona artigianale presso svincolo A21. Nuovo Stabilimento Sanicell. e:\testi\rappint\00_115.doc 7